本公開涉及檢測軸承中的故障(fault)，該軸承包括用于電機(jī)和其它機(jī)器的軸承。

背景技術(shù)：

軸承可以與各類旋轉(zhuǎn)機(jī)器一起使用，以便提供相對平滑旋轉(zhuǎn)。例如，軸承可以支承諸如電動機(jī)或發(fā)電機(jī)這樣的電機(jī)的軸，使得該軸可以從或向該電機(jī)遞送動力。軸承還可以支承各種其它應(yīng)用中的旋轉(zhuǎn)組件(包括其它軸)。

一般來說，軸承在使用期間趨于磨損，使得該軸承的一個或更多個部件最終失效。根據(jù)使用和磨損的特點，軸承的各個部件可能經(jīng)受失效(failure)，所述各個部件包括內(nèi)座圈(race)和外座圈、滾動元件(例如，滾珠和滾柱)、軸承罩。

軸承的非預(yù)期失效可能妨礙受影響裝置的連續(xù)操作。例如，在電機(jī)的軸承失效的情況下，可能致使該電機(jī)不能操作，直到安裝了替換軸承為止。同樣地，軸承的非預(yù)期失效可能導(dǎo)致用于維護(hù)的非預(yù)期停機(jī)時間。已知用于預(yù)測軸承失效的各種方法，如測量軸承外殼的總體振動水平，或者比較峰值振動與平均振動。然而，這些方法顯示出各種缺陷，包括無法在失效之前充分檢測故障、無法檢測特定類型的故障、無法區(qū)分潛在軸承失效與其它系統(tǒng)影響、以及需要安裝在其它方面不需要用于控制相關(guān)系統(tǒng)的傳感器(例如，振動傳感器)。因此，有用的是，提供一種這樣的系統(tǒng)，其用于在軸承實際失效之前的預(yù)期的軸承失效的改進(jìn)識別。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開涉及軸承中的故障的檢測。

根據(jù)本公開的一個方面，位置傳感器可以隨著軸的旋轉(zhuǎn)來感測該軸的位置?？刂破骺梢詮奈恢脗鞲衅鹘邮罩甘据S的多個感測位置的位置數(shù)據(jù)?？刂破骺梢曰谒邮盏奈恢脭?shù)據(jù)來確定針對軸的位置分布圖或速度分布圖，并且可以基于該位置分布圖或速度分布圖來確定頻率分布圖?？刂破骺梢宰R別頻率分布圖的特征(如頻率峰值)， 并且基于所識別的特征來識別預(yù)期的軸承失效。

在一些實施方式中，軸可以被包括在諸如電動機(jī)這樣的電機(jī)中。該電機(jī)的轉(zhuǎn)子可以安裝至軸。位置傳感器可以被配置為旋轉(zhuǎn)變壓器(resolver)或編碼器。控制器可以被配置為現(xiàn)場可編程門陣列或者微控制器。

在一些實施方式中，控制器可以基于如下步驟來確定頻率分布圖：控制器基于位置分布圖或位置數(shù)據(jù)確定角速度分布圖。控制器可以基于對用于支承該軸的軸承的特征失效頻率方程求解，或者基于將頻率分布圖與一組一個或更多個預(yù)定失效模式頻率進(jìn)行比較，來識別諸如頻率峰值這樣的頻率分布圖特征。控制器可以基于確定所識別的頻率峰值展示超出預(yù)定失效模式幅度的幅度來識別預(yù)期的軸承失效?？刂破骺梢韵蜉敵瞿K或通知模塊傳送針對預(yù)期的軸承失效的通知。

本公開的一個或更多個實現(xiàn)的細(xì)節(jié)在附圖和下面的描述中加以闡述。其它特征和優(yōu)點根據(jù)該描述、附圖以及權(quán)利要求書將變清楚。

附圖說明

圖1是具有電動機(jī)的、呈小型履帶式裝載機(jī)形式的示例機(jī)器的簡化立體圖；

圖2是圖1的、包括軸承和位置傳感器的電動機(jī)的分解立體圖；

圖3是基于根據(jù)圖1的電動機(jī)的操作的位置數(shù)據(jù)的頻率分布圖的圖形表示；

圖4是基于根據(jù)圖1的電動機(jī)的操作的位置數(shù)據(jù)的另一頻率分布圖的圖形表示；

圖5是基于根據(jù)圖1的電動機(jī)的操作的位置數(shù)據(jù)的又一頻率分布圖的圖形表示；以及

圖6A和圖6B分別是如基于位置分布圖和速度分布圖確定的、根據(jù)圖1的電動機(jī)的操作的補充頻率分布圖。

附圖中的相同標(biāo)號指示相同組件、部件或操作。

具體實施方式

下面描述如在上面簡要描述的附圖中示出的、所公開的軸承故障檢測系統(tǒng)的一個或更多個示例實現(xiàn)。

如在此使用的，除非另外指定或限制，否則“分布圖(profile)”包括具有多個值的一組數(shù)據(jù)，指示至少兩個變量之間的關(guān)系。例如，在存儲的二維矢量中的成對的位 置和時間值(該對值共同指示對象的空間位置隨時間的變化(或無變化))可以被視為表示針對該對象的位置分布圖。類似的是，在存儲的速度矢量中的成對的速度和時間值(該對值共同指示對象的速度隨時間的變化(或無變化))可以被視為表示針對該對象的速度分布圖。

而且如在此使用的，除非另外指定或限制，否則分布圖的“峰值”可以包括該分布圖的局部(或絕對)最大值，或者該分布圖內(nèi)的升高值的區(qū)域。例如，對于具有表示頻率和對應(yīng)幅度的成對值的頻率分布圖來說，“頻率峰值”可以包括與特定頻率相對應(yīng)的局部(或絕對)最大幅度，或者可以包括頻帶，該頻帶展示相對于與該頻帶相鄰的頻率的升高幅度。

在此的各種討論可以聚焦于在工作載具(work vehicle)的電動機(jī)背景下的示例故障檢測。然而，應(yīng)當(dāng)明白，這種討論僅被呈現(xiàn)為示例。所公開的故障檢測系統(tǒng)可以用于利用多種旋轉(zhuǎn)機(jī)器的多種操作。

如上所述，在軸承運轉(zhuǎn)期間識別軸承的預(yù)期失效可以是有用的。在其它益處方面，所公開的故障檢測系統(tǒng)可以在實際軸承失效之前識別預(yù)期的軸承失效，使得可以采取適當(dāng)?shù)难a救、預(yù)防或其它行動。例如，識別預(yù)期的軸承失效可以允許安排針對該軸承的預(yù)先性維護(hù)，或者其它補救或預(yù)防措施，使得可以避免計劃外停工時間。

一般來說，在所公開的系統(tǒng)下，可以將傳感器用于隨著軸的旋轉(zhuǎn)來感測該軸的位置?？梢曰趤碜栽搨鞲衅鞯奈恢脭?shù)據(jù)確定頻率分布圖，并且頻率分布圖通常表示位置數(shù)據(jù)的頻率內(nèi)容。對頻率分布圖的分析接著可以指示軸承失效是否被預(yù)期。

可以按不同方式來配置用于感測旋轉(zhuǎn)軸的位置的位置傳感器。在一些實施方式中，可以將傳感器配置為旋轉(zhuǎn)變壓器(例如，無刷發(fā)送旋轉(zhuǎn)變壓器)，其可以提供具有足夠高分辨率的位置數(shù)據(jù)，以允許對位置分布圖、相關(guān)速度分布圖等的相對較高的分辨率確定。在一些實施方式中，可以將傳感器配置為編碼器，如旋轉(zhuǎn)或軸編碼器。在一些實施方式中，可以將傳感器(例如，旋轉(zhuǎn)變壓器)配置成，通過隨著軸的旋轉(zhuǎn)直接測量該軸的當(dāng)前位置來感測軸位置。在一些實施方式中，可以將傳感器(例如，旋轉(zhuǎn)變壓器)配置成，通過測量另一組件(如固定至相關(guān)軸的轉(zhuǎn)子或其它旋轉(zhuǎn)組件)的當(dāng)前位置來感測軸位置。

一般來說，利用來自位置傳感器的位置數(shù)據(jù)作為用于軸承故障檢測的基礎(chǔ)可以提供超過已知方法的各種優(yōu)點。例如，常規(guī)方法可以基于感測用于電動機(jī)的電流并且執(zhí) 行有關(guān)該電流的頻率分析，來試圖識別針對電動機(jī)的預(yù)期的軸承失效。然而，這種分析與基于實際位置數(shù)據(jù)的分析相比，可能不太準(zhǔn)確，因為各種系統(tǒng)影響(例如，來自將電流轉(zhuǎn)換成電磁扭矩的電動機(jī)組件的頻率影響，以及由此針對轉(zhuǎn)子位置和速度的頻率影響)可能在一定程度上使所感測電流的頻率與軸承的實際行為脫離關(guān)聯(lián)(decouple)。

可以按各種方式基于位置數(shù)據(jù)來確定頻率分布圖。在一些實現(xiàn)中，可以直接根據(jù)來自傳感器的位置數(shù)據(jù)來確定頻率分布圖。例如，可以將快速傅立葉變換(“FFT”)或類似算法應(yīng)用至由位置數(shù)據(jù)填充的位置分布圖，以便識別各種頻率對該位置分布圖的貢獻(xiàn)。在一些實現(xiàn)中，可以另選地(或者附加地)基于速度分布圖來確定頻率分布圖，并且該速度分布圖例如表示基于位置數(shù)據(jù)確定的位置分布圖的推導(dǎo)。FFT或類似算法因而可以應(yīng)用至這種速度分布圖，以便識別各種頻率對該速度分布圖的貢獻(xiàn)。

一旦已經(jīng)至少部分地確定相關(guān)頻率分布圖，就可以進(jìn)行頻率分布圖分析，以識別預(yù)期的軸承失效。在一些實現(xiàn)中，識別預(yù)期的軸承失效可以基于識別頻率分布圖的一個或更多個特征，其可以指示預(yù)期的軸承失效。例如，可以對通過FFT處理生成的頻率分布圖進(jìn)行分析，以便識別該分布圖的指示性頻率峰值(例如，幅度上的局部最大值，或者局部相關(guān)幅度帶)。接著，可以對所識別的峰值的頻率與用于被分析的系統(tǒng)的特征失效模式頻率進(jìn)行比較，該特征失效模式頻率可以分別不同地包括已知對應(yīng)于潛在軸承失效的單一頻率或頻帶。因此可以確定特征失效模式頻率與所確定的頻率分布圖的所識別的頻率峰值之間的適當(dāng)相關(guān)性(例如，失效模式頻率與頻率峰值之間的交疊)，以指示即將來臨的軸承失效。

可以按各種方式來確定特征失效模式頻率(例如，用于與頻率分布圖的所識別的頻率峰值或其它特征比較)。在一些實現(xiàn)中，可以針對特殊軸承布置和操作條件來求解特征失效頻率方程，并且針對該方程的解通常指示用于被分析的系統(tǒng)的特征失效模式頻率?？梢詫λ_定的頻率分布圖的所識別的頻率峰值或其它特征與該方程的解進(jìn)行比較，并且該特征失效模式頻率與該頻率分布圖的一個或更多個特征之間的適當(dāng)相關(guān)性通常指示軸承失效的可能性。在一些實施方式中，如經(jīng)由特征失效頻率方程確定的特征失效模式頻率可以分別包括通常指示可能軸承失效的單一頻率。在一些實現(xiàn)中，特征失效模式頻率可以包括跨越一頻率范圍的頻帶。

特征失效頻率方程可以針對特定軸承布置和相關(guān)系統(tǒng)來定制化，并且可以考慮各 種因素。某些這種方程例如可以考慮軸承設(shè)計方面，包括：軸承類型(例如，滾珠軸承、滾柱軸承等)、節(jié)距直徑(例如，滾動元件中心所沿著行進(jìn)的直徑)、滾動元件直徑(例如，滾動元件的特征直徑)、滾動元件的數(shù)量(例如，滾動元件的總數(shù)量，或者單個滾動元件行中的數(shù)量)、接觸角(例如，橫向軸承軸線與滾動元件和軸承座圈的接觸點之間的角)等。在一些實現(xiàn)中，特征失效頻率方程可以附加地(或另選地)考慮其它變量，包括諸如用于相關(guān)軸承應(yīng)用的額定角速度(例如，按RPM)的系統(tǒng)參數(shù)、齒輪箱或其它系統(tǒng)組件針對該系統(tǒng)的預(yù)期頻率分布圖的貢獻(xiàn)等。

在一些實現(xiàn)中，可以對所確定的頻率分布圖的所識別的頻率峰值或其它特征與其它參數(shù)進(jìn)行比較，以便識別預(yù)期的軸承失效。例如，已知軸承(和軸承布置)可以展示已知特征模式失效頻率，該已知特征模式失效頻率可以被存儲為預(yù)定失效模式頻率(例如，預(yù)定單一頻率或預(yù)定頻帶)。接著，可以對這種預(yù)定失效模式頻率與所確定的頻率分布圖的所識別的頻率峰值或其它特征進(jìn)行比較，并且該特征失效模式頻率與該頻率分布圖的一個或更多個特征(例如，峰值)之間的適當(dāng)相關(guān)性通常指示軸承失效的可能性。

在一些實現(xiàn)中，一旦識別了預(yù)期的軸承失效，就可以采取補救或其它操作。例如，一旦識別了預(yù)期的軸承失效，就可以向各種系統(tǒng)模塊傳送對該預(yù)期失效的指示。在一些實現(xiàn)中，可以向通知模塊傳送對該預(yù)期的軸承失效的指示，該通知模塊可以被配置成，向操作員、系統(tǒng)控制器、或各種其它模塊(例如，電動機(jī)控制模塊)提供軸承失效的通知。在一些實現(xiàn)中，可以向輸出模塊傳送對預(yù)期的軸承失效的指示，以經(jīng)由諸如顯示屏、指示盤、揚聲器或其它音頻裝置等這樣的輸出裝置立即(或稍后)呈現(xiàn)給操作員。這樣，例如可以及時向操作員警告預(yù)期的軸承失效，使得可以采取適當(dāng)行動。

如上所述，所公開的系統(tǒng)可以在具有通過軸承支承的旋轉(zhuǎn)組件的多種布置中使用。如圖1中所描繪，例如，所公開的系統(tǒng)可以與工作載具的電機(jī)一起使用。圖1的工作載具被配置為小型履帶式裝載機(jī)10，其具有電動機(jī)12，該電動機(jī)12被配置成經(jīng)由履帶14來驅(qū)動裝載機(jī)10。在其它實現(xiàn)中，其它構(gòu)造也是可行的。

還參照圖2，呈現(xiàn)了電動機(jī)12的分解圖，連同關(guān)聯(lián)的軸承故障檢測系統(tǒng)一起。如圖所繪，電動機(jī)12包括包含定子18的主外殼16。附接至外殼16的電子器件箱20可以包含各種電子組件，例如，包括控制器22。

控制器22通?？梢员慌渲贸煽刂齐妱訖C(jī)12的操作。在不同實施方式中，控制器 22可以被配置為：具有關(guān)聯(lián)處理器裝置和存儲器架構(gòu)的計算裝置；硬布線計算電路(或多個電路)；諸如現(xiàn)場可編程門陣列(“FPGA”)這樣的可編程電路；液壓、電氣或電動液壓控制器；或其它。同樣地，控制器22可以被配置成執(zhí)行與小型履帶式裝載機(jī)10(或其它機(jī)器)有關(guān)的各種計算和控制功能。

在某些實施方式中，控制器22可以被配置成接收呈不同格式的輸入信號(舉例來說，如電壓信號或電流信號)，并且被配置成輸出呈不同格式的命令信號(舉例來說，如電壓信號或電流信號)。

控制器22可以與小型履帶式裝載機(jī)10(或其它機(jī)器)的各種其它系統(tǒng)或裝置進(jìn)行電子通信、機(jī)械通信或其它通信。例如，控制器22可以與小型履帶式裝載機(jī)10內(nèi)(或其外部)的各種致動器、傳感器以及其它裝置(包括與電動機(jī)12相關(guān)聯(lián)的各種裝置)進(jìn)行電子通信?？刂破?2可以以各種方式(包括經(jīng)由無線通信裝置)與其它系統(tǒng)或裝置(包括其它控制器)通信。圖1和圖2描繪了用于控制器22的示例位置。然而，應(yīng)當(dāng)明白，其它位置也是可行的，包括小型履帶式裝載機(jī)10上的其它位置，或各種遠(yuǎn)程位置。

仍參照圖2，電動機(jī)12的轉(zhuǎn)子24附接至電動機(jī)12的輸出軸26。一般來說，轉(zhuǎn)子24被配置成在電動機(jī)12操作期間延伸到外殼16中，以使轉(zhuǎn)子24總體上被定子18包圍，并且端蓋32和34包封住轉(zhuǎn)子24和定子18。軸承28和30被設(shè)置在軸26的任一端處，并且可以安置在端蓋32和34中(或在別處)，以支承軸26旋轉(zhuǎn)。因此，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，軸承28或30中任一者失效都可以導(dǎo)致電動機(jī)12基本上不能操作。因此，可以有用的是監(jiān)測電動機(jī)12以指示軸承28和30的預(yù)期的失效。如上所述，可以通過在電動機(jī)12操作期間感測關(guān)于軸26的位置數(shù)據(jù)來實現(xiàn)這種監(jiān)測。

為了隨著電動機(jī)12的操作來感測軸26的位置，設(shè)置了傳感器36。傳感器36通常與控制器22(例如，經(jīng)由有線或無線信令)通信，以使來自傳感器36的位置數(shù)據(jù)可以被傳送至控制器22，以供進(jìn)一步處理。應(yīng)當(dāng)明白，傳感器36(或另一傳感器)可以設(shè)置在相對于軸26的不同位置處，并且可以被配置成按各種方式感測軸位置。

如圖所繪，傳感器36被布置成隨著軸26的旋轉(zhuǎn)直接感測軸26的可旋轉(zhuǎn)位置。例如，傳感器36可以被配置成基于檢測軸26上的各種內(nèi)部或以其它方式附接的齒或相似特征部的通過(或其它移動)，而直接感測軸26的可旋轉(zhuǎn)位置。在其它實施方式中，傳感器36可以被配置成間接測量軸26的可旋轉(zhuǎn)位置，例如，包括，通過感測隨 軸26旋轉(zhuǎn)的特征部的位置(例如，通過感測轉(zhuǎn)子24的特征部的位置)。

在一些實施方式中，傳感器36可以被配置為旋轉(zhuǎn)變壓器，以使可以獲取針對軸26的相對較高精度的位置數(shù)據(jù)。例如，傳感器36可以被配置成感測隨軸26旋轉(zhuǎn)的齒(未示出)與固定齒(未示出)之間的磁耦合，以便以相對較高的準(zhǔn)確度來測量軸位置。在一些實施方式中，傳感器36可以以其它方式來配置(例如，配置為旋轉(zhuǎn)編碼器)。

在一些實現(xiàn)中，傳感器36可以被配置成，出于除了識別預(yù)期的軸承失效以外的其它目的，而向控制器22提供位置數(shù)據(jù)。例如，傳感器36可以被配置成感測軸26的位置，并將關(guān)聯(lián)位置數(shù)據(jù)提供給控制器22，以控制電動機(jī)12的操作(例如，用于基于速度或基于位置的電動機(jī)控制)。在這種情況下，用于控制電動機(jī)12的位置數(shù)據(jù)還可以用于識別預(yù)期的軸承失效，或者除了用于軸承監(jiān)測之外，單獨的位置數(shù)據(jù)可以用于電動機(jī)控制。

在電動機(jī)12的操作期間，所公開的系統(tǒng)也可以操作，以便識別軸承28和30之一或兩者的預(yù)期的失效。例如，可以將基于感測軸26的位置的傳感器36所確定的、用于旋轉(zhuǎn)軸26的位置數(shù)據(jù)傳送給控制器22?？刂破?2接著可以分析該位置數(shù)據(jù)，以便識別預(yù)期的軸承失效。

一般來說，控制器22可以基于從傳感器36接收的位置數(shù)據(jù)來確定頻率分布圖。在一些實現(xiàn)中，控制器22可以利用諸如FFT處理這樣的技術(shù)，基于位置數(shù)據(jù)來確定頻率分布圖。在一些實現(xiàn)中，位置數(shù)據(jù)可以包括(或被轉(zhuǎn)換成)位置分布圖，包括針對軸26的、位置和時間的成對值。這種位置分布圖接著可以提交至頻率分析(例如，經(jīng)由FFT處理)，以便基于該位置數(shù)據(jù)確定頻率分布圖。

在一些實現(xiàn)中，可以基于位置數(shù)據(jù)來確定速度分布圖，包括針對軸26的、角速度和時間的成對值。例如，控制器22可以被配置成，針對所接收的位置數(shù)據(jù)執(zhí)行數(shù)值微分，以便確定針對軸26的、隨著時間的速度分布圖。接著，可以針對速度分布圖進(jìn)行頻率分析(例如，經(jīng)由FFT處理)，以便經(jīng)由該速度分布圖來確定基于該位置數(shù)據(jù)的頻率分布圖。在一些實現(xiàn)中，使用速度分布圖可以消除許多位置傳感器的周期性運作的瞬態(tài)或其它不希望的頻率影響。例如，在傳感器36(例如，被配置為旋轉(zhuǎn)變壓器)指示軸26的每次旋轉(zhuǎn)的開始為“零”而每次旋轉(zhuǎn)的結(jié)束為最大值(例如，1或360)的情況下，對應(yīng)位置分布圖的鋸齒狀特點可以將誤差引入到對應(yīng)頻率分布圖 中。通過首先采用該位置數(shù)據(jù)的導(dǎo)數(shù)(derivative)，并且在合適時候補償所提到的鋸齒狀，可以避免這些誤差中的一些。

在一些實現(xiàn)中，位置數(shù)據(jù)的其它處理也是可行的。在一些實現(xiàn)中，例如，可以在確定頻率分布圖之前展開(unwrapped)位置數(shù)據(jù)。由于該展開，在確定預(yù)期的軸承失效之前，可以因此去除來自位置數(shù)據(jù)的特定頻譜噪聲。例如，在位置傳感器36指示軸26的每次旋轉(zhuǎn)的開始為“零”的情況下，可以將偏移值360(或指示單次旋轉(zhuǎn)的類似值)添加至遵循軸26的第一次完全旋轉(zhuǎn)的位置數(shù)據(jù)。類似的是，可以將偏移值720(或指示兩次旋轉(zhuǎn)的類似值)添加至遵循軸26的第二次完全旋轉(zhuǎn)的位置數(shù)據(jù)，等等。因此，所展開的位置數(shù)據(jù)可以展示總體上漸增的分布圖(具有環(huán)繞漸增基線分布圖的振蕩)，而非在返回至零之前，通過軸26的每一次旋轉(zhuǎn)而總體上增加的鋸齒狀分布圖。一旦展開了位置數(shù)據(jù)，那么就可以根據(jù)在此描述的各種操作來確定頻率分布圖，并且識別可能的軸承失效。

在一些實現(xiàn)中，可以將去趨勢化(detrending)應(yīng)用至位置數(shù)據(jù)，包括在先前展開操作之后。由于去趨勢化，因而，與上面提到的展開類似地，在確定預(yù)期的軸承失效之前，可以去除來自位置數(shù)據(jù)的特定頻譜噪聲。例如，在位置數(shù)據(jù)展示總體上斜坡狀分布圖的情況下，可以確定在相關(guān)采樣時段期間的平均速度，并因此縮減位置數(shù)據(jù)。如此，例如，去趨勢化后的位置數(shù)據(jù)可以用具有基值零的信號來表示，并且環(huán)繞該基值的偏差指示相對于軸26的穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的偏差。一旦將位置數(shù)據(jù)去趨勢化，那么就可以根據(jù)在此描述的各種操作來確定頻率分布圖，并且識別可能的軸承失效。

一旦確定了頻率分布圖，控制器22就可以識別該頻率分布圖的一個或更多個特征。在一些實現(xiàn)中，頻率分布圖的特征可以包括頻率峰值。例如，控制器22可以識別頻率分布圖的一個或更多個頻率峰值，如用局部最大頻率幅度或者用具有相對升高幅度的頻率帶來指示的。在其它實現(xiàn)中，其它特征也是(或者另選地)可行的。

基于所識別特征，控制器22因而可以識別軸承失效是否被預(yù)期。在一些實現(xiàn)中，這可以基于比較頻率分布圖的特征與預(yù)定頻率(舉例來說，如包括在預(yù)定頻帶中)。例如，在針對圖2的系統(tǒng)的預(yù)定頻率為失效模式頻率(即，通常指示軸承的可能失效的頻率或頻帶)的情況下，該頻率分布圖中的、與該預(yù)定頻率相對應(yīng)(例如，約等于)的峰值(例如，局部最大值或升高幅度的帶)可以指示軸承28和30之一的可能失效。因此，控制器22可以識別軸承失效被預(yù)期。

在一些實現(xiàn)中，控制器22可以基于將頻率分布圖的特征與針對用于圖2的系統(tǒng)的相關(guān)方程的解進(jìn)行比較來識別預(yù)期的軸承失效。特征失效頻率方程(例如，考慮電動機(jī)12、軸承28和30中的一個或更多個、以及其它組件和裝置的各種特征)可以展示與針對圖2的系統(tǒng)的特定失效模式頻率相對應(yīng)的解。因此，具有與針對該特征失效頻率方程的解相對應(yīng)的峰值(例如，局部最大值或頻帶)的頻率分布圖可以指示軸承28和30之一的可能失效。因此，控制器22可以識別軸承失效被預(yù)期。

在一些實現(xiàn)中，控制器22可以被配置成，在要求時求解特征失效頻率方程，舉例來說，如可以有用于確保該解恰當(dāng)?shù)胤从硨嶋H系統(tǒng)設(shè)置(例如，用于電動機(jī)12的當(dāng)前操作速度)。在一些實現(xiàn)中，控制器22可以存取針對這種方程的預(yù)定解(例如，經(jīng)由查尋表)，以與相關(guān)頻率分布圖或其各種特征相比較。

在一些實現(xiàn)中，如上還提到，控制器22可以基于所接收的位置數(shù)據(jù)來確定速度分布圖，基于該速度分布圖來確定頻率分布圖，并且分析基于速度的頻率分布圖，而非基于位置的頻率分布圖，以指示預(yù)期的軸承失效。在這種情況下，一旦確定了基于速度的頻率分布圖(例如，經(jīng)由FFT處理)，用于識別預(yù)期的軸承失效的頻率分析就可以與上述針對基于位置的頻率分布圖的操作類似地，以其它方式來進(jìn)行。例如，控制器22可以將基于速度的頻率分布圖的特征與預(yù)定頻率(例如，預(yù)定失效模式頻率)或者針對合適方程的解(例如，針對特征失效頻率方程的解)進(jìn)行比較，以便識別預(yù)期的軸承失效。

在一些實現(xiàn)中，控制器22可以對頻率分布圖的特征與基準(zhǔn)值(例如，預(yù)定失效模式頻率或針對特征失效頻率方程的解)進(jìn)行比較，作為比較該頻率分布圖的較大部分與該基準(zhǔn)值的一部分操作。例如，可以將包括各種頻率峰值的整個頻率分布圖(或其大的部分)與對應(yīng)于預(yù)期的軸承失效的基準(zhǔn)值相比較。在一些實現(xiàn)中，控制器22可以僅將頻率分布圖的選定特征與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較。例如，不是分析整個頻率分布圖，而是控制器22可以簡單地將頻率分布圖的任何峰值的頻率(并且潛在地，其幅度)與針對該系統(tǒng)的已知失效模式頻率進(jìn)行比較。在其它實現(xiàn)中，其它方法也(或者另選地)可以使用。

在一些實現(xiàn)中，當(dāng)識別了預(yù)期的軸承失效時，可以通過控制器22將對應(yīng)指示提供給各種其它裝置、模塊或系統(tǒng)。例如，如圖2中描繪，控制器22可以將預(yù)期的軸承失效的指示傳送給通知模塊38或者傳送給輸出模塊40。通知模塊38可以被配置 成將該通知或相關(guān)信號中繼給各種其它裝置、系統(tǒng)或模塊，如用于電動機(jī)12的控制模塊(未示出)或者裝載機(jī)10的其它系統(tǒng)。這是有用的，例如，以便基于該預(yù)期的軸承失效來控制裝載機(jī)10的操作的各個方面。輸出模塊40可以被配置成將該通知或相關(guān)信號中繼給諸如裝載機(jī)10的顯示屏42(參見圖1)的裝置，或者被配置成向操作員提供通知的類似輸出裝置(例如，光板、音頻裝置、觸摸屏等)。這是有用的，例如，以便向操作員警告該預(yù)期的軸承失效，以便考慮及時安排維護(hù)或其它行動。

在一些實現(xiàn)中，如上所述，預(yù)期的軸承失效可以基于將頻率分布圖(或其部分)與一個或更多個預(yù)定(或計算的)失效模式頻率進(jìn)行比較來識別。如上還提到，失效模式頻率通常表示可以指示預(yù)期的軸承失效的特定頻率。因此，如果基于軸位置數(shù)據(jù)確定的頻率分布圖展示與失效模式頻率相對應(yīng)的頻率峰值(例如，局部最大值或具有升高幅度的頻帶)，則可以識別預(yù)期的軸承失效。

還參照圖3，例如，頻率分布圖50可以基于針對軸26的位置數(shù)據(jù)(如通過傳感器36提供的)來確定。一般來說，分布圖50的橫坐標(biāo)值指示呈現(xiàn)在分布圖50中的特定頻率，而分布圖50的縱坐標(biāo)值指示與那些頻率相對應(yīng)的幅度。

如圖所繪，已經(jīng)直接基于針對軸26的位置數(shù)據(jù)確定分布圖50。在其它實現(xiàn)中，可以另選地基于速度分布圖來確定分布圖50，可以基于針對軸26的位置數(shù)據(jù)確定該速度分布圖本身。

如圖3中描繪，頻率分布圖50包括多個頻率峰值，包括展示相對較大幅度的局部最大值的頻率峰值52、54以及56。而且，對于導(dǎo)致頻率分布圖50的布置和操作條件(例如，可操作速度)來說，已經(jīng)識別了多個預(yù)定(或計算的)失效模式頻率58、60以及62。通過將頻率分布圖50(或頻率峰值52、54以及56)與失效模式頻率58、60以及62進(jìn)行比較，可以確定頻率峰值52和56的頻率總體上對應(yīng)于失效模式頻率58和62。還可以確定頻率峰值54的頻率總體上不與失效模式頻率60相對應(yīng)。例如，頻率峰值54可以由附接至電動機(jī)12的齒輪箱(未示出)所導(dǎo)致，或者由不直接涉及軸承失效的其它系統(tǒng)動力學(xué)所導(dǎo)致。因此，可以基于頻率分布圖50中存在頻率峰值52和56來識別預(yù)期的軸承失效。

在一些實現(xiàn)中，可以基于所提到的頻率分析來識別有關(guān)預(yù)期的軸承失效的附加信息。例如，頻率峰值52和56(而非頻率峰值54)與所確定的失效模式頻率的對應(yīng)可以指示特定類型的軸承失效(例如，軸承的特定組件的失效)很可能發(fā)生。在一些實 現(xiàn)中，可以將該信息提供給操作員(例如，經(jīng)由輸出模塊40和顯示屏42)，或者可以以其它方式加以使用(例如，用于控制電動機(jī)12的操作的各個方面)。

在一些實現(xiàn)中，來自頻率分布圖的幅度信息還可以被用于(例如，除了分布圖峰值的頻率值以外)識別預(yù)期的軸承失效。例如，即使在頻率分布圖的頻率峰值對應(yīng)于失效模式頻率的情況下，有時也不能識別預(yù)期的軸承失效，除非該頻率峰值的幅度超出預(yù)定基準(zhǔn)幅度。這是有用的，例如，以便確保軸承失效足以調(diào)整補救行動，或者確保非軸承系統(tǒng)組件的貢獻(xiàn)不會導(dǎo)致預(yù)期的軸承失效的偽識別。

還參照圖4，例如，可以基于針對軸26的位置數(shù)據(jù)(如通過傳感器36提供的)來確定頻率分布圖70。如圖所繪，與頻率分布圖50(參見圖3)相比，頻率分布圖70可以反映不同的操作條件(例如，針對電動機(jī)12的不同操作速度)。因此，如可以在圖4中看出，分布圖70可以按各種方式與分布圖50不同。然而，與分布圖50一樣，分布圖70的橫坐標(biāo)值通常指示呈現(xiàn)在分布圖70中的特定頻率，而分布圖70的縱坐標(biāo)值指示與那些頻率相對應(yīng)的幅度。

如圖所繪，已經(jīng)直接基于針對軸26的位置數(shù)據(jù)來確定分布圖70。在其它實現(xiàn)中，可以另選地基于速度分布圖來確定分布圖70，可以基于針對軸26的位置數(shù)據(jù)來確定該速度分布圖本身。

如圖4中描繪，頻率分布圖70包括多個頻率峰值，包括展示相對較大幅度的局部最大值的頻率峰值72和74。對于導(dǎo)致頻率分布圖70的布置和操作條件(例如，可操作速度)來說，已經(jīng)識別了預(yù)定(或計算的)失效模式頻率76和78。而且，針對每一個失效模式頻率76和78，還確定了對應(yīng)失效模式幅度80和82。一般來說，該失效模式幅度80和82可以分別指示針對與軸承失效的升高風(fēng)險對應(yīng)的失效模式頻率76和78的幅度。

因此，通過比較頻率分布圖70(或頻率峰值72和74)與失效模式頻率76和78，可以確定頻率峰值72和74的頻率總體上對應(yīng)于失效模式頻率76和78。然而，還可以確定頻率峰值74的幅度不超出對應(yīng)失效模式幅度82，而頻率峰值72的幅度超出對應(yīng)失效模式幅度80。因此，可以基于頻率分布圖70中存在頻率峰值72，而不必基于存在頻率峰值74來識別預(yù)期的軸承失效。

在一些實現(xiàn)中，分析頻率分布圖以識別預(yù)期的軸承失效可以包括：將頻率分布圖(或其部分)與被包括在頻帶中的預(yù)定或計算的失效模式頻率進(jìn)行比較。例如，可以 確定頻率分布圖在特定頻帶內(nèi)的升高幅度可以對應(yīng)于預(yù)期的軸承失效。因此，可以分析頻率分布圖(或其部分)，以識別被至少部分地包括在所識別的頻帶內(nèi)的任何頻率峰值。

還參照圖5，例如，可以基于針對軸26的位置數(shù)據(jù)(如通過傳感器36提供的)來確定頻率分布圖90。如圖所繪，與頻率分布圖50和70(參見圖3和4)相比，頻率分布圖90可以反映不同的操作條件(例如，針對電動機(jī)12的不同操作速度)。因此，如可以在圖5中看出，分布圖90可以以各種方式不同于分布圖50和70。然而，與分布圖50和70一樣，分布圖90的橫坐標(biāo)值通常指示呈現(xiàn)在分布圖90中的特定頻率，而分布圖90的縱坐標(biāo)值指示與那些頻率相對應(yīng)的幅度。

如圖所繪，已經(jīng)直接基于針對軸26的位置數(shù)據(jù)來確定分布圖90。在其它實現(xiàn)中，可以另選地基于速度分布圖來確定分布圖90，可以基于針對軸26的位置數(shù)據(jù)來確定該速度分布圖本身。

如圖5中描繪，頻率分布圖90包括多個頻率峰值，包括展示相對較大幅度的局部最大值的頻率峰值92、94以及96。對于導(dǎo)致頻率分布圖90的布置和操作條件(例如，可操作速度)來說，已經(jīng)識別了預(yù)定(或計算的)失效模式頻率，其總體上跨越失效模式頻帶98。如圖5中頻帶98的陰影所繪，頻帶98中的不同頻率可以對應(yīng)于不同幅度，使得頻帶98不僅限定頻率范圍，而且還限定基準(zhǔn)幅度的對應(yīng)范圍。通過比較頻率分布圖90(或頻率峰值92、94以及96)與失效模式頻帶98(或其部分)，可以確定頻率峰值94的頻率總體上對應(yīng)于頻帶98中的失效模式頻率，而頻率峰值92和96的頻率不對應(yīng)于頻帶98中的失效模式頻率。因此，可以基于頻率分布圖90中存在頻率峰值94(并且潛在地，其幅度)，而不必基于存在頻率峰值92和96(或其幅度)來識別預(yù)期的軸承失效。

如上所述，有時有用的是，基于針對特定系統(tǒng)的速度分布圖而非直接基于位置分布圖來確定頻率分布圖。例如，可以接收來自位置傳感器的位置數(shù)據(jù)，并且將位置分布圖確定為與所接收的位置數(shù)據(jù)基本相同，如與對應(yīng)時間指示符配對?？梢圆扇∥恢梅植紙D的導(dǎo)數(shù)，以使可以基于位置數(shù)據(jù)來確定速度分布圖。因而可以基于速度分布圖來確定頻率分布圖，并且分析該頻率分布圖來識別任何預(yù)期的軸承失效。

如上還提到，基于所感測的位置數(shù)據(jù)來使用速度分布圖可以有用地消除不涉及預(yù)期的軸承失效的頻率偽像(artifact)。例如，由位置分布圖的鋸齒狀分布圖所導(dǎo)致的 頻率偽像通常可以經(jīng)由確定關(guān)聯(lián)速度分布圖來消除。因此，當(dāng)從速度分布圖導(dǎo)出頻率分布圖時，這些偽像可能不呈現(xiàn)(或者可能以縮減量值來呈現(xiàn))，使得可以獲取軸承健康的更準(zhǔn)確評估。

還參照圖6A和6B，可以基于針對軸26的位置數(shù)據(jù)(如通過傳感器36提供的)來確定頻率分布圖100，其中，根據(jù)對由位置數(shù)據(jù)導(dǎo)出的位置分布圖的頻率分析(例如，F(xiàn)FT處理)來確定頻率分布圖100。與此相反，可以基于對由為頻率分布圖100的基礎(chǔ)的位置分布圖所導(dǎo)出的速度分布圖的頻率分析(例如，F(xiàn)FT處理)而確定頻率分布圖102。如圖所繪，與頻率分布圖50、70和90(參見圖3到5)相比，頻率分布圖100和102可以反映不同的操作條件(例如，針對電動機(jī)12的不同操作速度)。因此，如可以在圖6A和6B中看出，分布圖100和102可以按各種方式與分布圖50、70和90不同。然而，與分布圖50、70和90一樣，分布圖100和102的橫坐標(biāo)值通常指示呈現(xiàn)在相應(yīng)分布圖100和102中的特定頻率，而縱坐標(biāo)值指示與那些頻率相對應(yīng)的幅度。

如圖6A所描繪的，頻率分布圖100包括多個頻率峰值，包括展示相對較大幅度的局部最大值的頻率峰值104和106。對于導(dǎo)致頻率分布圖100的布置和操作條件(例如，可操作速度)來說，已經(jīng)識別了預(yù)定(或計算的)失效模式頻率108和110。而且，針對兩個失效模式頻率108和110，還確定了對應(yīng)共享失效模式幅度112(針對基于位置的頻率分布圖)。一般來說，失效模式幅度112可以指示針對與軸承失效的升高風(fēng)險對應(yīng)的失效模式頻率108和110的幅度。

因此，通過將頻率分布圖100(或頻率峰值104和106)與失效模式頻率108和110進(jìn)行比較，可以確定頻率峰值104和106的頻率總體上對應(yīng)于失效模式頻率108和110。還可以確定頻率峰值104和106的幅度超出對應(yīng)失效模式幅度112。因此，可以基于頻率分布圖100中存在頻率峰值104和106來識別預(yù)期的軸承失效。

然而，對于某些系統(tǒng)或某些操作來說，可以由不直接涉及預(yù)期的軸承失效的系統(tǒng)動力學(xué)和特征產(chǎn)生頻率峰值104和106(或?qū)ζ涞呢暙I(xiàn))中的一個或兩個。在一些實現(xiàn)中，基于速度分布圖(其本身基于位置分布圖來確定)確定頻率分布圖可以幫助去除與這些動力學(xué)和特征有關(guān)的偽像。如圖6B所描繪，例如，頻率分布圖102包括與頻率分布圖102的局部最大值對應(yīng)的頻率峰值114和116。一般來說，頻率峰值114和116可以分別展示圖6A的頻率峰值104和106的頻率。然而，雖然頻率峰值114 展示相對較大幅度，但頻率峰值116展示相對較小幅度。這例如可以由導(dǎo)數(shù)運算得出，該導(dǎo)數(shù)運算被執(zhí)行以將是圖6A的頻率分布圖100的基礎(chǔ)的位置分布圖轉(zhuǎn)換成是圖6B的頻率分布圖102的基礎(chǔ)的速度分布圖。

對于導(dǎo)致頻率分布圖102的布置和操作條件(例如，可操作速度)來說，已經(jīng)識別了預(yù)定(或計算的)失效模式頻率118和120，并且具有通常類似于圖6A的失效模式頻率108和110的頻率。而且，針對失效模式頻率118和120兩者，還確定了對應(yīng)共享失效模式幅度122(針對基于速度的頻率分布圖)。一般來說，失效模式幅度122可以指示針對與軸承失效的升高風(fēng)險對應(yīng)的失效模式頻率118和120的幅度。

因此，通過比較頻率分布圖102(或頻率峰值114和116)與失效模式頻率118和120，可以確定頻率峰值114和116的頻率總體上對應(yīng)于失效模式頻率118和120。還可以確定，雖然頻率峰值114的幅度超出對應(yīng)失效模式幅度122，但頻率峰值116的幅度不超出失效模式幅度122。因此，可以基于頻率分布圖102中存在頻率峰值114而不基于存在頻率峰值116來識別預(yù)期的軸承失效。這樣，例如，可以看出，使用基于速度的頻率分布圖可以幫助消除：可能由使用基于位置的頻率分布圖所導(dǎo)致的預(yù)期的軸承失效的假肯定識別。然而，應(yīng)當(dāng)明白，使用基于位置的頻率分布圖也可以是有利的，并且在各種實現(xiàn)中可以是優(yōu)選的。

在此使用的術(shù)語僅出于描述特定實施方式的目的，而不是旨在對本公開進(jìn)行限制。如在此使用的，單數(shù)形式“一”以及“該/所述”同樣旨在包括多數(shù)形式，除非上下文另外進(jìn)行了明確指示。還應(yīng)明白，本說明書中對術(shù)語“包括”和/或“包含”的任何使用，指定存在規(guī)定特征、整數(shù)、步驟、操作、部件和/或組件，而非排除存在或增加一個或更多個其它特征、整數(shù)、步驟、操作、部件、組件和/或其組合。

已經(jīng)出于例示和描述的目的，呈現(xiàn)了本公開的描述，而不是旨在排它或按所公開的形式限制到本公開。在不脫離本公開的范圍和精神的情況下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白許多修改例和變型例。選擇并描述在此明確引用的實施方式，以便最佳地說明本公開及其實踐應(yīng)用的原理，并且使得本領(lǐng)域其它普通技術(shù)人員能夠理解本公開，并且認(rèn)識有關(guān)所描述的示例的許多另選例、修改例以及變型例。因此，除了那些明確描述的實施方式和實現(xiàn)以外的其它各種實施方式和實現(xiàn)都在隨附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。